Polímeros NANO-nanocelulares de baixa densidade para isolamento térmico em edificações: mecanismos básicos de transferência de calor e avaliação do ciclo de vida

• Processo: 19/13441-1
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Data de Início da vigência: 01 de outubro de 2020
• Data de Término da vigência: 31 de janeiro de 2023
• Área do conhecimento: Ciências Sociais Aplicadas - Arquitetura e Urbanismo - Tecnologia de Arquitetura e Urbanismo
• Acordo de Cooperação: M-ERA.NET
• Pesquisador responsável: Vanessa Gomes da Silva
• Beneficiário: Vanessa Gomes da Silva
• Pesquisador Responsável no exterior: Miguel Angel Rodríguez Pérez
• Instituição Parceira no exterior: Universidad de Valladolid (UVa), Espanha
• Pesquisador Responsável no exterior: Shu-Kai Yeh
• Instituição Parceira no exterior: National Taiwan University (NTU), Taiwan
• Instituição Sede: Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo (FEC). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
• Assunto(s): Nanopartículas Materiais avançados Isolamento térmico Avaliação do ciclo de vida
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Advanced Materials | cellular polymer foams | energy efficient buildings | Life Cycle Assessment | nanoparticles | thermal insulation material | isolamento térmico, desempenho ambiental

Resumo

O setor da construção demanda materiais de isolamento térmico cada vez mais avançados, com melhor desempenho a um custo acessível, para poder cumprir os rigorosos requisitos da UE e de todo o mundo relativamente à eficiência energética e às emissões de gases de efeito estufa. A CellMat Technologies trabalha intensivamente para desenvolver em escala de laboratório um novo material de isolamento térmico avançado baseado em uma espuma de polímero nanocelular (NANOPOL) que será capaz de atingir valores de condutividade térmica ultrabaixa (») a um custo muito competitivo. Com o alcance das metas estabelecidas para o projeto, espera-se uma redução de 3 vezes em », relativamente às espumas poliméricas convencionais para isolamento térmico (XPS, EPS e PUR). O conceito chave subjacente a esses baixos valores de » no NANOPOL reside na enorme redução do tamanho da célula da microescala para a nanoescala (d300 nm), que suprime o mecanismo principal de transferência de calor em uma espuma de polímero de baixa densidade - a condução da fase gasosa % do total » - porque as moléculas de gás estão confinadas dentro das células. O NANOPOL trará benefícios substanciais para o setor da construção porque a espessura da parede pode ser reduzida em até 3 vezes. Além disso, são esperadas emissões mais baixas de GEE pelo aquecimento / resfriamento ambiente. Finalmente, a espuma será totalmente reciclável (matriz polimérica não reticulada), que fará com que os resíduos gerados durante a fabricação sejam reutilizáveis, aderente ao "rumo a uma economia circular na Europa".Porém, algumas desvantagens importantes ainda precisam ser abordadas cientificamente antes de considerar o NANOPOL como um material de isolamento térmico de avanço real, sendo a mais relevante que a densidade mais baixa alcançada até o momento ainda é muito alta (H200 kg / m3). » é superior ao esperado para um material de isolamento térmico com nanocélulas (valores de corrente H 40 mW / mK).Portanto, os principais objetivos do projeto NANOPOL são: 1- Pesquisa de novas estratégias no campo de espumas de polímeros sintéticos para reduzir a densidade do NANOPOL até 100 kg/m3, que é o limiar para ter condutividades térmicas ultra baixas (» d 13 mW/Mk) em uma espuma nanocelular. A abordagem será a dispersão de nanopartículas aleatoriamente e/ou hierarquicamente (camadas superior/inferior) por toda a matriz polimérica para promover um efeito de "casca dura" e evitar que o agente de expansão seja perdido antes da expansão. Vários tipos de nanopartículas com forma de plaquetas e/ou combinações ou eles serão selecionados para este propósito que adicionalmente desempenharão um papel multifuncional para melhorar seu comportamento de fogo (classe C Europeia é alvejado), suas propriedades mecânicas e reduzir ainda mais os valores » porque eles agem como bloqueadores IR. 2- Analisar com precisão os mecanismos de transferência de calor através desta nova espuma de polímero com uma estrutura nanocelular, desconhecida até agora. Os modelos atuais utilizados para espumas poliméricas micrométricas serão especificamente adaptados às peculiaridades da estrutura da NANOPOL (presença de nanocélulas). 3- Realizar uma avaliação do ciclo de vida (ACV) para revelar os benefícios ambientais que essas novas espumas de polímeros terão no setor da construção em cenários climáticos diferentes em todo o mundo (da América do Sul ao norte da Europa)Um consórcio transnacional com 3 parceiros com o nível de conhecimento científico requerido foi formado para realizar pesquisas NANOPOL: CellMat Technologies-CELLMAT (Espanha) detém o know-how para desenvolver NANOPOL e o necessário nível de especialização para estudar suas propriedades físicas e os mecanismos de transferência de calor, a NTUST (TAIWAN) tem uma vasta experiência no desenvolvimento de polímeros nanocelulares reforçados com nanopartículas, e a UNICAMP liderou inúmeros projetos de pesquisa em ACV de materiais e componentes construtivos. (AU)